岩石圈板块运动与地质作用.ppt

普通地质学,Physical Geology,Autumn,，,2012,河南理工大学资源环境学院,Institute of Resources&Environment,HPU,郑 德 顺,电 话：,0391-3986277,（,O,）,手 机：,13653917272,邮 箱：,zhengdeshun,岩石圈板块运动与地质作用,普通地质学,1,板块运动的发现,2,板块运动的基本理论,3,板块运动的机制,固定论和活动论是关于地壳运动和地壳结构的两种相互对立并长期争论的理论,固定论：,不承认存在大规模的水平运动，认为地壳的运动和海陆的发展主要表现为地面的隆起和沉降，即以垂直运动为主,活动论：地球上部（包括上地幔顶部和地壳）不但存在着垂直方向的运动，而且水平方向的运动更大；大陆和大洋在整个地质时期都不是固定不动的，它们彼此之间和各自的内部都存在动力构造作用,1,板块运动的发现,岩石圈板块运动与地质作用,1,板块运动的发现,岩石圈板块运动与地质作用,固定论与活动论,垂直运动：,指岩石圈内沿地球半径方向发生的位移,1,板块运动的发现,岩石圈板块运动与地质作用,垂直运动与槽台学说,意大利那不勒斯湾塞拉比斯古庙,公元前,105,年建成，公元,1500,年被海水淹到,6.3,米,1600-1826,年升到海面之上，被发现升速,4.2 mm/yr,，,1826,年起又被海水所淹，降速,17.2mm/yr,丹纳（,1847,）提出了固定论观点：,早期的地球是熔融状态的，不断的冷却使固结作用由中心向外扩展，并逐渐抬升而形成陆核，在继续的冷却中，就形成“一个不变的大陆”，有了固定的大洋和大陆。同时，伴随着地球冷却过程的收缩产生了压力，并沿着大陆的软弱边缘或充满松软沉积物的深海盆地，间歇地挤压成山脉,1,板块运动的发现,岩石圈板块运动与地质作用,垂直运动与槽台学说,1,板块运动的发现,岩石圈板块运动与地质作用,垂直运动与槽台学说,1873,年，丹纳在这个基础上把槽地称为地向斜，用以表示地壳上活动性强的构造单元。,1885,年，奥地利地质学家,Suess,相应于地槽理论，提出了地台理论。认为地台是地球上的一种大型稳定地块，具有双层结构，下伏的前古生代变质基底和上覆古生代以来的未变质沉积盖层合并而成。这两个理论不久就被确定下来，并被统称为,地槽,-,地台说。,该理论推定，地壳的运动是逐渐趋向稳定静止的，待到全部转化结束时，地质运动就终止了，地壳也就僵化了。,1,板块运动的发现,岩石圈板块运动与地质作用,水平运动与大陆漂移,虽然有些物理学家认为构成这一假说的物理学基础是正确的，但,20,世纪以来，,放射性元素,的发现和研究从根本上动摇了地球的热起源说，同时，,古气候学、古地球学和古生物学,等的研究也对它提出了很多反对意见，从而使地壳运动的固定论受到冲击，代之而起的是地壳运动的活动论学说。,活动论是基于地球的冷起源说提出的，,认为地球内放射性物质使得地球温度逐渐增高，整个地球略具可塑性，大陆就在其表面上发生缓慢的漂移，在漂移的过程中大陆会产生破裂和重新组合,1,板块运动的发现,岩石圈板块运动与地质作用,水平运动与大陆漂移,1910,年，德国人魏格纳通过对这些资料的概括，产生了大陆漂移的想法，,1915,年，他完成了专著,海陆的成因,，对大陆漂移说作了全面系统的论述。,在石炭纪后期之前，南、北美大陆与亚、欧、非大陆是紧密连接的，而且澳大利亚、南极和印度也包括在其内，全世界实际上是一个巨大的泛古陆。海也不过是围绕泛古陆的一个巨大海洋，以后大陆产生分裂，大洋也就被割裂，逐渐形成目前地图上所呈现的海陆分布情景,Wegener,1880-1930,最先发现南美洲与非洲可拼合,现在已能将各大洲均拼合在一起拼合,1,板块运动的发现,岩石圈板块运动与地质作用,水平运动与大陆漂移,大陆漂移说的主要依据,不同大陆之间的构造相似性,非洲南部组成开普山的二叠纪地层向西延伸，在大西洋中消失，但相同地层却在南美洲的布宜诺斯艾利斯出现,非洲高原出露的前寒武纪片麻岩，在巴西也有出现,北半球，一条从挪威向西南延伸到苏格兰的加里东褶皱带在大西洋消失，但在北美东海岸的加拿大和美国境内再现,黑圆点为二叠纪岩层的山脉；,方格为加里东褶皱带；,斜线为古冰川遗迹分布区。,1,板块运动的发现,岩石圈板块运动与地质作用,水平运动与大陆漂移,大陆漂移说的主要依据,不同大陆之间的构造相似性,显然这些地方现在的气候条件不可能有冰川活动，南半球各大陆都共同具有石炭二叠纪的古冰川遗迹，说明石炭二叠纪时可能是处于极地的统一的大陆，后经分裂、漂移，才形成现在的布局,在南半球石炭二叠纪的古冰川活动遗迹，不仅在地处极地的南极洲有，而且在远隔重洋的目前地处热带和赤道的印度、澳大利亚、非洲、南美洲也有发现,1,板块运动的发现,岩石圈板块运动与地质作用,水平运动与大陆漂移,大陆漂移说的主要依据,古生物与冰川、气候“似非而是”的规律,晚古生代爬行动物化石,中龙,1,板块运动的发现,岩石圈板块运动与地质作用,水平运动与大陆漂移,大陆漂移说的主要依据,古生物与冰川、气候“似非而是”的规律,二叠纪生活在内陆的爬行动物中龙，如今在远隔重洋的非洲、南美洲及南极洲都有发现，中龙是陆生喝淡水的爬行动物，不可能穿越大洋长途迁移。现在的分布，只有用二叠纪时它们本处于同一古陆上，后古陆分裂、漂移开来，才能加以解释,1,板块运动的发现,岩石圈板块运动与地质作用,水平运动与大陆漂移,大陆漂移说的主要依据,古生物与冰川、气候“似非而是”的规律,产于石炭二叠系煤层中的厥类植物舌羊齿化石，以及在热带形成的岩盐、石膏和珊瑚礁等产物，在现今的各大陆上分布得毫无规律。只有将它们标绘在魏格纳的联合古陆上，一切才顺理成章,1,板块运动的发现,岩石圈板块运动与地质作用,水平运动与大陆漂移,大陆漂移说的主要依据,古地磁极移轨迹,通过对北半球不同时代古地磁北极位置的测定，把各地质时期古地磁极位置在图上连结成一个线，这条线称为,地质时代的极移轨迹,。大量资料表明，北美和欧洲所测的极移曲线并不相合，但形态大致相似。若将两大陆拼合在一起，则这两条曲线就会基本重合，说明大西洋的确曾经不存在，两个大陆曾经相连在一起,由于,地球瞬时自转轴,在地球本体内部作周期性摆动而引起的,地球自转极在地球表面上移动,的现象称极移,1,板块运动的发现,岩石圈板块运动与地质作用,水平运动与大陆漂移,大陆漂移说的主要依据,大陆的计算机拼接图形,布拉德应用电子计算机对大西洋两侧大陆进行拟合，发现如果不是以海岸线而是,以,915m,等深线为大陆边界，拼合的平均误差小于一个经度,1,板块运动的发现,岩石圈板块运动与地质作用,水平运动与大陆漂移,1,板块运动的发现,岩石圈板块运动与地质作用,海底扩张与板块运动,海底扩张说是在总结了大陆漂移说的基础上，加上综合分析了海底调查资料而提出的，其创始人是,美国地质学家迪茨,和,赫斯,。,随深海钻探及深海底调查工作的开展，现已有许多的证据支持和发展了,海底扩张说。,1,板块运动的发现,岩石圈板块运动与地质作用,海底扩张与板块运动,1,板块运动的发现,岩石圈板块运动与地质作用,海底扩张与板块运动,海底扩张,是指大洋岩石圈在大洋中脊处裂开，地幔中炽热、熔融的玄武岩浆从中涌出，到达海底后，冷凝并固结成新的大洋岩石圈。新的大洋岩石圈把早先形成的老岩石圈向两侧推挤开去，从而导致大洋海底不断扩张，被推开的大洋岩石圈到达大陆边缘的海沟处后，沿着大陆边缘的消减带向大陆岩石圈之下俯冲，重新消亡于软流圈中,岩石中古地磁,由放射性的发现者居里夫人的丈夫比埃尔,居里,在,1895,年做的一个实验发现：磁性体加热到一定温度,(400700,左右,),，磁性就会完全丧失，这个温度已被命名为,居里温度,。,反之，由高温降到,居里温度,时，磁性物质会恢复磁性。,岩浆岩由高温的岩浆冷凝而成。,当岩浆温度降低到居里温度时，,岩石中的磁性物质,会在当时的地磁场中被永久磁化而带上磁性,1,板块运动的发现,岩石圈板块运动与地质作用,海底扩张与板块运动,1,板块运动的发现,岩石圈板块运动与地质作用,海底扩张与板块运动,海底扩张的证据,海底磁异常与地磁场倒转记录,洋底以洋中脊为对称轴，两侧岩石分布显示出相同的地磁异常带，这些磁异常带相互平行，统一呈南北向展布，东西两侧磁异常带对称分布,1,板块运动的发现,岩石圈板块运动与地质作用,海底扩张与板块运动,海底扩张的证据,海底磁异常与地磁场倒转记录,地磁异常带的正负异常对应于当时古地磁场的正反方向变化，是地磁场方向转变的历史记录,1,板块运动的发现,岩石圈板块运动与地质作用,海底扩张与板块运动,海底扩张的证据,海底岩石年龄的测定,从,60,年代以来，在各大洋打了上千个钻孔，根据所采集的放射虫标本鉴定发现盖在玄武岩基底之上是最老的沉积物年龄与根据磁异常所测得的年龄一致，并且愈接近洋中脊，洋底年龄愈新,1,板块运动的发现,岩石圈板块运动与地质作用,海底扩张与板块运动,海底扩张的证据,海底岩石年龄的测定,大洋中脊与最年轻的洋底吻合，最老的海底岩石年龄只有约,1.7,亿年左右。参照每个磁异常条带的年龄及其距大洋中脊的距离，推断出各大洋的半扩张速率，可计算出海底扩张的全速率为,1,20+cm/a,之间。太平洋海底板块在,2,亿年即可全部更新一次,2,板块运动的基本理论,岩石圈板块运动与地质作用,板块理论的要点地球表层的岩石圈不是一块完整的刚性外壳，而是由十几个不同的大陆板块和大洋板块组成的岩石圈块体，即（岩石圈）板块所组成。,后者受地幔对流,的驱动，漂浮在,高温、塑性的软,流圈上，进行着,缓慢但不停息的,水平运动,2,板块运动的基本理论,岩石圈板块运动与地质作用,板块理论的要点,2,板块运动的基本理论,岩石圈板块运动与地质作用,板块理论的要点,欧亚板块、北美板块、南美板块、非洲板块、阿拉伯板块、南极洲板块,太平洋板块、菲律宾板块、印度,-,澳大利亚板块、加勒比板块、纳兹卡板块和可可板块,2,板块运动的基本理论,岩石圈板块运动与地质作用,板块运动的威尔逊旋回,海底扩张形成了当今的海洋，那么在漫长的地质历史上是否有过海洋的关闭和消亡？,加拿大威尔逊从板块构造观点出发，将岩石圈从大陆破裂、裂谷出现到洋盆形成，再从洋盆俯冲、缩小到闭合的完整过程，划分为六个阶段，完整解释了岩石圈板块从生到灭的全过程,2,板块运动的基本理论,岩石圈板块运动与地质作用,板块运动的威尔逊旋回,胚胎期：,地幔的活化最初引起稳定大陆壳的破裂，形成大陆裂谷,2,板块运动的基本理论,岩石圈板块运动与地质作用,板块运动的威尔逊旋回,2,板块运动的基本理论,岩石圈板块运动与地质作用,板块运动的威尔逊旋回,幼年期：,地幔的活化使其热熔物质喷流或上涌对流，岩石圈进一步破裂并开始出现狭窄的洋壳盆地,2,板块运动的基本理论,岩石圈板块运动与地质作用,板块运动的威尔逊旋回,2,板块运动的基本理论,岩石圈板块运动与地质作用,板块运动的威尔逊旋回,成年期：,随着洋中脊系统的延伸和扩张作用的加强，终于出现了新的大型成熟洋盆,2,板块运动的基本理论,岩石圈板块运动与地质作用,板块运动的威尔逊旋回,2,板块运动的基本理论,岩石圈板块运动与地质作用,板块运动的威尔逊旋回,衰退期：,在洋脊系统扩张的同时，洋盆一侧或两侧开始了俯冲消减作用，洋盆面积开始收缩,2,板块运动的基本理论,岩石圈板块运动与地质作用,板块运动的威尔逊旋回,主动（活动）大陆边缘：,洋盆一侧或两侧开始了俯冲消减作用。从大洋中脊新产生的大洋岩石圈，把老的大洋岩石圈向两侧推挤到大陆边缘的海沟处，老的大洋岩石圈沿消减带俯冲到上地幔软流圈中,被动（稳定）大陆边缘：,洋盆两侧未发生俯冲作用洋陆边缘。洋中脊新生的大洋岩石圈向两侧推挤时，带着大陆向两侧移动，使大陆“漂移开去”,2,板块运动的基本理论,岩石圈板块运动与地质作用,板块运动的威尔逊旋回,2,板块运动的基本理论,岩石圈板块运动与地质作用,板块运动的威尔逊旋回,太平洋型：沟、弧、盆复合体系,安第斯型：海沟,-,山弧构造体系,主动大陆边缘,2,板块运动的基本理论,岩石圈板块运动与地质作用,板块运动的威尔逊旋回,被动大陆边缘,2,板块运动的基本理论,岩石圈板块运动与地质作用,板块运动的威尔逊旋回,主动大陆边缘和被动大陆边缘,2,板块运动的基本理论,岩石圈板块运动与地质作用,板块运动的威尔逊旋回,残余期：,随着洋脊扩张作用减弱，两侧陆壳地块相互逼近，其间仅存残留海盆,2,板块运动的基本理论,岩石圈板块运动与地质作用,板块运动的威尔逊旋回,消亡期：,最后两侧大陆直接碰撞拼合，海域完全消失，转化为高峻山系,2,板块运动的基本理论,岩石圈板块运动与地质作用,板块运动的威尔逊旋回,2,板块运动的基本理论,岩石圈板块运动与地质作用,板块的边界类型,离散型板块边界：,两侧板块沿着相反的方向运动，两侧以频繁的线状玄武岩浆上涌，拉张作用引起浅源地震和高速热流为特征,板块的边界类型,2,板块运动的基本理论,岩石圈板块运动与地质作用,汇聚型板块边界：,以产生深源地震，形成褶皱山系，引起玄武质和安山质火山活动为特征,板块的边界类型,2,板块运动的基本理论,岩石圈板块运动与地质作用,转换断层型边界：,以陡崖为标志，具有水平位移的浅源地震特征，往往伴随着板块的分离和火山活动,板块的边界类型,2,板块运动的基本理论,岩石圈板块运动与地质作用,3,板块运动的机制,岩石圈板块运动与地质作用,地幔对流,起源于深部的热扰动使地幔底层物质粘度降低，流动性增强，在热梯度的驱动下，受热的高温低粘度物质向热边界层最低处汇集，然后随着温度升高而形成地幔上升流,3,板块运动的机制,岩石圈板块运动与地质作用,质疑地幔对流,非均质,全幔对流？分层对流？,3,板块运动的机制,岩石圈板块运动与地质作用,热点,来自地幔深部的上升柱状热流喷射到达地表的表现,3,板块运动的机制,岩石圈板块运动与地质作用,热点,3,板块运动的机制,岩石圈板块运动与地质作用,热点,3,板块运动的机制,岩石圈板块运动与地质作用,超地幔柱模型,岩石圈下插板块一直可以,沉降到,670km,深的上、下,地幔边界。下插板块滞留,于这个边界上被软化、流,动，当滞留板块积累到一,个临界量后，就会塌落到,下地幔。为填补因塌落而形成的空间，下地幔会产生向上运动的热地幔柱，故滞留板块塌落与热地幔柱上升必然成对出现。塌落的滞留板块成为“冷幔柱”，上升地幔物质成为“热幔柱”,The End,与你共勉,把每一件简单的事情做好就不简单,把每一件平凡的事情做好就不平凡,普通地质学,